POÇOS DE ALÍVIO PARA RESTABELECER OS CRITÉRIOS DE SEGURANÇA NA BARRAGEM DE SOBRADINHO

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1 GGH/ a 26 de Outubro de 2001 Campinas - São Paulo - Brasil GRUPO I GRUPO DE ESTUDO DE GERAÇÃO HIDRÁULICA - GGH POÇOS DE ALÍVIO PARA RESTABELECER OS CRITÉRIOS DE SEGURANÇA NA BARRAGEM DE SOBRADINHO Ricardo José Barbosa De Souza CIA. HIDRO ELÉTRICA DO SÃO FRANCISCO RESUMO O trabalho apresenta o sistema de poços de alívio utilizado para restabelecer os critérios de segurança relativos aos níveis de subpressão na fundação do Dique A da barragem de Sobradinho. Descreve-se a evolução da elevação das subpressões que, vinte anos após o primeiro enchimento do reservatório, registravam valores bem acima dos níveis críticos de segurança estabelecidos no projeto. Apresenta-se as medidas adotadas para combater a elevação da subpressão, através de um sistema de poços de alívio, projetados para reduzir e controlar o nível piezométrico de jusante e evitar o carreamento de material. Adicionalmente foram instalados 26 novos piezômetros para acompanhar a longo prazo o desempenho da estrutura. Analisa-se o desempenho do sistema de poços de alívio no controle do nível de subpressão da barragem e são fornecidos os principais resultados dos níveis piezométricos, durante os ciclos de enchimento e deplecionamento do reservatório ocorridos desde a implantação do sistema em As medições atuais dos níveis piezométricos permitem concluir que a fundação do Dique apresenta um comportamento de subpressões dentro das previsões teóricas e que a situação é de normalidade estando restabelecidos os critérios de segurança do projeto. PALAVRAS-CHAVE: Sobradinho, Poços de alívio, Subpressão, Instrumentação, Segurança INTRODUÇÃO A Barragem Sobradinho está localizada no Rio São Francisco, 60Km a montante das cidades de Juazeiro - BA e Petrolina PE. A Figura 1 mostra o arranjo geral das principais estruturas da UHE que é composta dos Diques A ; B, C, e D ; Barragens Direita e Esquerda; Vertedouro de superfície e descarregador de fundo; Casa de Força a céu aberto com 06 unidades de 175 MW cada. O projeto inclui também Tomada d água para irrigação e Eclusa para navegação. O reservatório tem capacidade de acumular cerca de 34 bilhões de m 3, que assegura a regularização plurianual de uma vazão de 2.060m 3 /s, garantindo a geração nas usinas hidroelétricas do sistema pertencente à Companhia Hidro Elétrica do São Francisco - CHESF. As obras foram iniciadas em 1973 e em dezembro de 1977 começou o enchimento do reservatório, tendo a primeira unidade geradora entrado em operação em setembro de Operando na cota máxima normal, o reservatório acumula um volume de 34,1x10 9 m 3 e apresenta um espelho d água de Km 2. Para atender a demanda de geração na cascata do Rio, com uma potência instalada de MW, o reservatório, no seu período crítico, chega a oscilar o nível em até 12 m. A oscilação do nível d água de montante, provocou grandes variações de subpressão na fundação da barragem, tendo sido constatado, como consequência, surgências em alguns pontos a jusante, na margem esquerda do barramento. Além disso, depois do início de operação do reservatório, observou-se nos piezômetros da fundação de jusante do Dique A, para um mesmo nível do reservatório, uma evolução crescente e sistemática, ao longo dos anos, dos níveis de subpressão. Rua Delmiro Gouveia, Bloco C - Sala Bongí - Recife - PE - CEP Tel. (0xx81) FAX: (0xx81) ricardob@chesf.gov.br

2 2 2.0 CARACTERÍSTICAS DO DIQUE A 2.1 Geologia da área e terreno de fundação A área de implantação do Dique é formada por rochas metamórficas do pré-cambriano inferior, observandose na fundação a presença de várias litologias. Intrusões de anfibolito, filito e xisto são recortadas de veios quartzo-feldspáticos, concordante com as direções gerais das rochas encaixantes, e com espessuras variáveis de centímetros até 5 metros. O local de implantação do dique é geologicamente bastante complexo com alto grau de metamorfismo e intemperismo das rochas. Na parte central e mais alta do dique, destaca-se uma intrusão de rocha ultrabásica extremamente alterada e decomposta. Os contatos com os xistos encaixantes, diferentemente dos veios quatzo-feldspáticos, são discordantes das direções gerais da rocha. 2.2 Perfil típico A seção transversal pela estaca 151, m, Figura 2, representa o perfil típico do dique. O maciço é constituído por uma estrutura de solo compactado com núcleo de areia silto argilosa plásticas e espaldares de cascalho silto argiloso com proteção dos taludes de enrocamento. O Dique tem m de extensão e altura máxima de 20 m. Sob o núcleo e interceptando a camada de solo de alteração, foi executada uma trincheira tipo cut-off para controle da percolação pela fundação. 2.3 Subpressão e limite de alerta Para acompanhamento da evolução das subpressões, com a variação do nível d água montante, durante o enchimento e no regime normal de operação do reservatório, foram instalados no maciço de fundação a jusante, logo após a construção, 06(seis) piezômetros tipo Casa Grande. Estes piezômetros foram distribuídos em seções transversais ao longo dos m de extensão do Dique A. Na Figura 2, observa-se a localização dos piezômetros PZ-2A e PZ-3A, estaca ,00 m, instalados no solo de alteração a jusante do pé do dique, nas El. 382,42 m e El. 379,78 m respectivamente. O limite crítico de alerta teórico, definido pelo projeto, para as subpressões na fundação no local dos piezômetros PZ-2A e PZ-3A é de 384,80 m. Desta forma o nível piezométrico estaria inferior ao nível do terreno natural e limitado pela cota superior do filtro horizontal. 3.0 ELEVAÇÃO DA SUBPRESSÃO Em junho de 1997, vinte anos após o primeiro enchimento do reservatório, as subpressões na fundação do Dique A ultrapassaram de forma perigosa os limites de alerta, estabelecidos no projeto, inclusive com piezômetros apresentando artesianismo. As subpressões elevadas foram detectadas através da análise da instrumentação existente e de inspeções visuais. As evoluções dos níveis piezométricos, na estaca ,00 m, medidos pelos piezômetros PZ- 2A e PZ-3A, no período 90/97, estão apresentados na Figura 3. Verifica-se que foram registrados níveis piezométricos de até 2,00 m de coluna d água acima do limite de projeto. O gráfico da Figura 4 mostra que o nível piezométrico apresentava valores superiores ao limite de projeto e era cada vez maior sempre que o reservatório sofria um novo enchimento. As inspeções visuais mostraram surgências d água, sob pressão, em vários locais junto ao pé do dique. Na oportunidade era visível a perda de resistência e da capacidade de suporte do terreno imediatamente a jusante do dique. As análise dos resultados do monitoramento e das inspeções realizadas, indicaram que a situação era grave, que as subpressões tinham atingido valores bem acima dos níveis críticos de segurança do dique e que devido ao caráter evolutivo do problema não seria recomendável um novo enchimento do reservatório sem se efetuar uma intervenção para controlar as subpressões. 4.0 SISTEMA DE POÇOS DE ALÍVIO A solução adotada para restabelecer as condições normais de segurança na fundação à jusante, foi implantar um sistema de poços de alívio, interligados com uma trincheira drenante, paralela ao pé do talude de jusante do dique, de modo que as subpressões ficassem controladas e sempre abaixo do limite estabelecido no projeto. Na parte central do dique, coincidindo com as seções de maior altura, entre as estacas 149, ,00 m e 154, ,00 m, correspondendo a 440 m de extensão, foram executados, junto ao pé de jusante do dique, 108 (cento e oito) poços de alívio. Os poços estão espaçados a cada 04 (quatro) metros, com uma profundidade média de 14 m e diâmetro externo de 4. Para combater o carreamento de material devido à força de percolação, os poços foram preenchidos com areia lavada obedecendo a seguinte granulometria: 0,2 mm ø 2 mm e D 85 > 1,6 mm. Esta areia de preenchimento envolveu um tubo de PVC de ½, perfurado a cada 1 cm em quatro geratrizes diametralmente opostas, com furos de diâmetro igual a 0,79 mm (1/32 ). Esses valores foram definidos obedecendo aos critérios de filtro de Bertram-Terzaghi, considerando o solo a ser protegido, uma areia siltoargilosa, com uma faixa granulométrica resultante dos ensaios realizados para definição das jazidas na área, durante o período construtivo, tendo D 15med = 0,002 mm, D 15max = 0,018 mm, D 85min = 0,04 mm, D 85med = 0,3 mm. Com relação ao diâmetro dos furos no tubo central de alívio, foi utilizado como critério que, os mesmos, deveriam ser menor que metade do D 85 da areia do filtro. Todos os poços estão interligados a uma canaleta de drenagem longitudinal, afastada 3,5 m do pé do talude, aliviando as pressões na EL. 384 m, abaixo portanto do nível crítico estabelecido no projeto (El. 384,80 m). A Figura 5, mostra a seção típica esquemática do sistema de poços de alívio. A execução do sistema foi

3 3 iniciada em setembro/97 e já em dezembro/97 todos os 108 poços estavam perfurados e interligados a canaleta de drenagem. 5.0 MONITORAMENTO E DESEMPENHO Para avaliação e acompanhamento a longo prazo do desempenho da estrutura e de sua fundação, foram instalados 26 novos piezômetros tipo Casa Grande, em 04 seções transversais ao dique, correspondentes as estacas ,00 m; ,00 m; ,00 m e ,00 m. A Figura 6 apresenta o posicionamento dos piezômetros instalados na estaca ,00 m que era a seção mais crítica com relação a elevação de subpressões. O monitoramento da fundação tem permitido uma reavaliação periódica do nível de segurança da estrutura e uma avaliação da eficiência do sistema de poços de alívio implantado para controle das subpressões. A Figura 7 mostra o gráfico com a variação dos níveis piezométricos registrados pelos novos piezômetros instalados na fundação jusante da estaca ,00 m, desde setembro/97 até janeiro/01. Observa-se que após a implantação dos poços de alívio as subpressões máximas na fundação passaram a ser controladas pelo nível da trincheira drenante. A influência do sistema de poços de alívio alcança pontos afastados até 109 m do eixo do dique. A Figura 8, mostra a influência do sistema de poços de alívio sobre os níveis piezométricos medidos pelos piezômetros PZ-2A e PZ-3A. Estes piezômetros, que antes registravam artesianismo e subpressões bem acima do nível crítico de projeto, sofreram uma redução brusca nos níveis piezométricos após a interligação dos poços de alívio com a canaleta de drenagem, ocorrida em novembro/97. Os níveis piezométricos máximos permanecem controlados e estáveis, independente das oscilações do nível d água do reservatório. Os valores estão abaixo do limite de alerta definido no projeto CONCLUSÃO As análises das leituras da instrumentação de auscultação e os resultados das inspeções visuais, indicam que a implantação da solução de poços de alívio funcionou com pleno sucesso. Registra-se que imediatamente após a implantação do sistema de poços, houve uma redução brusca nas subpressões para níveis abaixo dos valores críticos, mantendo-se controladas, independente das oscilações do nível d água do reservatório. Atualmente a fundação do Dique apresenta um comportamento de subpressões dentro das previsões teóricas e a situação é de normalidade sendo restabelecidos os critérios de segurança do projeto. 7.0 AGRADECIMENTO O autor agradece à Companhia Hidro elétrica do São Francisco - CHESF a autorização para publicação deste trabalho BIBLIOGRAFIA (1) SOUZA R. J. B., MAIA R. A.. A.., Tratamento de subpressões elevadas no Dique A da UHE Sobradinho; ( XXIII Seminário Nacional de Grandes Barragens ), Belo Horizonte, (2) HIDROSERVICE ENGENHARIA DE PROJETOS, Projeto Sobradinho; Relatório de construção e compactação do Dique A ; ( REP117/78 ). (3) CIA. HIDRO ELÉTRICA DO SÃO FRANCISCO CHESF, Relatório técnico da Divisão de Engenharia Civil de Geração; ( DECG-RT-SOB-99/010 ) FIGURA 1 Arranjo geral da UHE Sobradinho.

4 4 FIGURA 2 Perfil típico do Dique A e piezômetros PZ-2A e PZ-3A. FIGURA 3 Evolução leituras dos Piezômetros PZ-2A e PZ-3A no período 90/97. nível piezométrico (m) com reservatório cheio 387,00 386,50 386,00 385,50 385,00 384,50 384,00 383,50 383,00 382,50 382,00 381,50 381,00 PZ-A2 nível crítico de projeto EL.384,80m PZ-A Obs: Em 1995 e 1996 o reservatório não encheu FIGURA 4 Piezômetros PZ-2A e PZ-3A no período 90/97 com reservatório cheio.

5 5 FIGURA 5 Seção típica dos poços de alívio e canaleta de drenagem. FIGURA 6 Piezômetros da seção ,00 m.

6 6 FIGURA 7 Piezômetros de fundação da seção ,00 m. FIGURA 8 Influência dos poços nos piezômetros PZ-2A e PZ-3A ,00 m.